钢板剪力墙结构极限承载力与抗震性能研究

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钢板剪力墙作为新型的抗侧力结构,近年来逐渐出现于北美和日本的高震度地区。其本身具有的较大延性、刚度与框架的匹配特性和不轻易发生卸载等特点,钢板剪力墙结构良好的抵抗大震作用能力已在现有的工程实例中得到证实。本文将针对加劲钢板剪力墙的承载力和抗震性能进行分析研究,探讨可能有助于钢板剪力墙设计的结论和建议。针对我国规范中关于钢板剪力墙设计原则,并同时参考国外钢板剪力墙的设计思路,本文从单片墙体的研究出发,利用通用有限元软件ANSYS的特征值屈曲模块,逐个对钢板剪力墙屈曲承载力的影响因素进行分析,结果表明屈曲承载力主要同加劲肋的设置、钢板自身的面外刚度和约束边柱的强度、刚度有关。同时考虑了几何和材料双重非线性特性,深入分析单片墙板的静力抗剪承载能力。尤其是对比薄钢板墙和厚钢板墙在受力机理与墙板应力发展过程的不同,薄钢板主要通过“拉力场效应”承担水平荷载,厚钢板则为截面受剪承载方式,并考察了加劲肋、框架柱等因素的影响作用,为两种不同的钢板剪力墙设计思路提供参考意见。通过Midas/GEN软件,设计并建立整体模型,用于模拟钢板剪力墙在整体结构承受多遇地震作用下的弹性响应特点。结构整体分析中采用多遇地震反应谱法和时程分析方法,本文分析了作为钢板墙周边构件的约束横梁、约束边柱受力特性,以及内嵌钢板墙与框架整体协同工作而表现出的新特点,对结构的受力、变形和抗震能力逐一作出评价。罕遇地震作用下的钢板剪力墙结构的抗震性能的模拟,则利用SAP2000的非线性功能,采用该软件新版本中新引入的分层壳单元,使得钢板的非线性行为得以实现,而传统剪力墙非线性分析中通常涉及到同刚度等代等方法,因此新单元很好地克服了传统分析方法的困难和不便。静力弹塑性和动力弹塑性时程方法在整体结构的非线性分析中采用,对其薄弱部位和钢板墙的剪切塑性屈服耗能特性进行研究,分析表明钢板剪力墙结构具有合理的抗震机制和可靠抵抗大震的能力,充分体现了该结构抗震性能的新特点。
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